JP2006231167A

JP2006231167A - 金属製触媒担体における触媒コーティング構造および金属製触媒担体における触媒コーティング方法

Info

Publication number: JP2006231167A
Application number: JP2005047703A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Kato; 文彦加藤
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】触媒性能の向上を図ることができる金属製触媒担体における触媒コーティング構造および金属製触媒担体における触媒コーティング方法の提供。
【解決手段】セル通路に触媒成分を混入したスラリーを通過させて波板１１と平板１２の表面にスラリーを付着させた後、金属製触媒担体１を排気ガスの流入側となる方を下に向けた状態で乾燥させることにより、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる波板１１と平板１２の排気ガス流入側端縁部およびスリット孔１１ａ、１２ａにおける排気ガス流入側と対面する開口縁部のスラリーを他の部分より肉厚の断面略雫に形成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関等の排気系に装着するスリット構造の金属製触媒担体における触媒コーティング構造および金属製触媒担体における触媒コーティング方法に関する。

従来の金属製触媒担体として、金属製薄板の波板（大波板）と平板（または小波板）を交互に重ねて多重に巻回して波板と平板との間に排気ガスが通過する多数のセル通路が形成されると共に、前記波板と平板のうち少なくともいずれか一方に所定間隔のもとに複数のスリット孔を形成することにより、セル通路内を通過する排気ガスに対し乱流を積極的に起こさせて排気ガスが波板と平板の表面にコーティングされた触媒に接触する機会をできるだけ増やし、これにより、排気ガス浄化性能を向上させるようにした構造のものがある（例えば、特許文献１参照。）。

そして、波板と平板の表面に触媒をコーティングする際、触媒成分を混入したスラリーを塗布して行われている。一般的には、金属製触媒担体の内部にスラリーを通し余剰のスラリーを吹き払う方法がとられている。この際コーティングの関心事項は、内部の均一性にあり、通常複数回コーティングを行うため、吹き払いの方向は特段の理由がない限り交互に行うのが普通であり、その結果、図５に示すように、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる波板と平板の排気ガス流入側端縁部およびスリット孔における排気ガス流入側と対面する開口縁部における触媒層が他の部分より肉薄に形成されている。

特開２００２−１４３６９３号公報（第２頁、図４−６）

しかしながら、従来例では、上述のように、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる波板と平板の排気ガス流入側端縁部およびスリット孔における排気ガス流入側と対面する開口縁部における触媒層が他の部分より肉薄に形成されていたため、以下に述べるような問題点があった。

即ち、一本のセル通路内を流れる排気ガスは、図４の触媒反応プロセス説明図に示すように、入口からその担体壁１０１に沿って流れの境界層１０３が形成され、担体壁１０１の表面にコーティングされている触媒層１０２への反応物質の拡散が阻害される。そこで、触媒性能を改善する手段として、物質移動を改善したのが図５（排気ガス流れイメージ図）に示すスリット構造である。スリット孔１０４により形成されるリーディングエッジは、図６（イ）に示すように、セル通路内にできた境界層１０３を途中で寸断し、エッジ先端では境界層１０３が薄くなって触媒層１０２への物質移動を活発化させ、その結果、図６（ロ）に示すように、反応物質移動率が各スリット孔１０４のリーディングエッジ部において最も高くなり、従って、上述のように、多数のスリット孔１０４を形成してリーディングエッジを増やすことにより、平均移動率が高くなり、これにより、全体として触媒性能を向上させることができる。
ところが、上述のように、反応物質移動率が高くなるリーディングエッジ部の触媒層１０２が肉薄に形成されているため、リーディングエッジ部における触媒反応促進効果が薄いという問題がある。

本発明の解決しようとする課題は、触媒性能の向上を図ることができる金属製触媒担体における触媒コーティング構造および金属製触媒担体における触媒コーティング方法を提供することにある。

上記課題を解決するため請求項１記載の金属製触媒担体における触媒コーティング構造は、薄板の大波板と小波板または平板を交互に多重に重ねて該各大波板と小波板または平板との間に排気ガスが通過する多数のセル通路が形成され、前記大波板と小波板または平板のうち少なくともいずれか一方に複数のスリット孔が形成され、前記大波板と小波板または平板の表面に触媒成分を混入したスラリーをコーティングする金属製触媒担体であって、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる前記大波板と小波板または平板の排気ガス流入側端縁部および前記スリット孔における排気ガス流入側と対面する開口縁部のスラリーが他の部分より肉厚の断面略雫状に形成されていることを特徴とする手段とした。

請求項２記載の金属製触媒担体における触媒コーティング方法は、薄板の大波板と小波板または平板を交互に多重に重ねて該各大波板と小波板または平板との間に排気ガスが通過する多数のセル通路が形成され、前記大波板と小波板または平板のうち少なくともいずれか一方に複数のスリット孔が形成され、前記大波板と小波板または平板の表面に触媒成分を混入したスラリーをコーティングする金属製触媒担体における触媒コーティング方法であって、前記セル通路に触媒成分を混入したスラリーを通過させて前記大波板と小波板または平板の表面にスラリーを付着させた後、前記金属製触媒担体を排気ガスの流入側となる方を下に向けた状態で乾燥させることにより、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる前記大波板と小波板または平板の排気ガス流入側端縁部および前記スリット孔における排気ガス流入側と対面する開口縁部のスラリーを他の部分より肉厚の断面略雫状に形成するようにしたことを特徴とする手段とした。

請求項３記載の金属製触媒担体における触媒コーティング方法は、薄板の大波板と小波板または平板を交互に多重に重ねて該各大波板と小波板または平板との間に排気ガスが通過する多数のセル通路が形成され、前記大波板と小波板または平板のうち少なくともいずれか一方に複数のスリット孔が形成され、前記大波板と小波板または平板の表面に触媒成分を混入したスラリーをコーティングする金属製触媒担体における触媒コーティング方法であって、前記セル通路に触媒成分を混入したスラリーを通過させて前記大波板と小波板または平板の表面にスラリーを付着させた後、前記金属製触媒担体の排気ガス流入側からエアーを吸引することにより、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる前記大波板と小波板または平板の排気ガス流入側端縁部および前記スリット孔における排気ガス流入側と対面する開口縁部のスラリーを他の部分より肉厚の断面略雫状に形成した状態で乾燥させるようにしたことを特徴とする手段とした。

請求項４記載の金属製触媒担体における触媒コーティング方法は、薄板の大波板と小波板または平板を交互に多重に重ねて該各大波板と小波板または平板との間に排気ガスが通過する多数のセル通路が形成され、前記大波板と小波板または平板のうち少なくともいずれか一方に複数のスリット孔が形成され、前記大波板と小波板または平板の表面に触媒成分を混入したスラリーをコーティングする金属製触媒担体における触媒コーティング方法であって、前記セル通路に触媒成分を混入したスラリーを通過させて前記大波板と小波板または平板の表面にスラリーを付着させた後、前記金属製触媒担体の排気ガス流出側からエアーを送り込むことにより、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる前記大波板と小波板または平板の排気ガス流入側端縁部および前記スリット孔における排気ガス流入側と対面する開口縁部のスラリーを他の部分より肉厚の断面略雫状に形成した状態で乾燥させるようにしたことを特徴とする手段とした。

請求項１記載の金属製触媒担体における触媒コーティング構造では、上述のように、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる大波板と小波板または平板の排気ガス流入側端縁部およびスリット孔における排気ガス流入側と対面する開口縁部のスラリーが他の部分より肉厚の断面略雫状に形成されている構造とすることにより、触媒反応促進効果の高いリーディングエッジ部に触媒がより多く配置された状態となるため、全体としての触媒性能の向上を図ることができるようになるという効果が得られる。

請求項２記載の金属製触媒担体における触媒コーティング方法では、上述のように、前記セル通路に触媒成分を混入したスラリーを通過させて大波板と小波板または平板の表面にスラリーを付着させた後、金属製触媒担体を排気ガスの流入側となる方を下に向けた状態で乾燥させることにより、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる大波板と小波板または平板の排気ガス流入側端縁部およびスリット孔における排気ガス流入側と対面する開口縁部のスラリーを他の部分より肉厚の断面略雫状に形成するようにしたことで、触媒反応促進効果の高いリーディングエッジ部に容易により多くの触媒を配置させることができ、これにより、全体としての触媒性能の向上を図ることができるようになるという効果が得られる。

請求項３記載の金属製触媒担体における触媒コーティング方法では、上述のように、前記セル通路に触媒成分を混入したスラリーを通過させて大波板と小波板または平板の表面にスラリーを付着させた後、金属製触媒担体の排気ガス流入側からエアーを吸引することにより、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる大波板と小波板または平板の排気ガス流入側端縁部およびスリット孔における排気ガス流入側と対面する開口縁部のスラリーを他の部分より肉厚の断面略雫状に形成した状態で乾燥させるようにしたことで、触媒反応促進効果の高いリーディングエッジ部に容易により多くの触媒を配置させることができ、これにより、全体としての触媒性能の向上を図ることができるようになるという効果が得られる。

請求項４記載の金属製触媒担体における触媒コーティング方法では、上述のように、前記セル通路に触媒成分を混入したスラリーを通過させて大波板と小波板または平板の表面にスラリーを付着させた後、金属製触媒担体の排気ガス流出側からエアーを送り込むことにより、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる大波板と小波板または平板の排気ガス流入側端縁部およびスリット孔における排気ガス流入側と対面する開口縁部のスラリーを他の部分より肉厚の断面略雫状に形成した状態で乾燥させるようにしたことで、触媒反応促進効果の高いリーディングエッジ部に容易により多くの触媒を配置させることができ、これにより、全体としての触媒性能の向上を図ることができるようになるという効果が得られる。

以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。

この実施例１の金属製触媒担体における触媒コーティング構造および金属製触媒担体における触媒コーティング方法は、請求項１、２に記載の発明に対応する。
まず、この実施例１の金属製触媒担体を図面に基づいて説明する。
図１はこの実施例１の金属製触媒担体における触媒コーティング方法が適用される金属製触媒担体を示す斜視図、図２は波板と平板を重ねて巻回する途中の状態を示す斜視図である。

この実施例１の金属製触媒担体１は、３０μｍの金属製薄板の波板（大波板）１１と平板（小波板または平板）１２を交互に重ね、平板１２を外側にして多重に巻回したハニカム状に形成されたもので、このハニカム通路（セル通路）表面には、アルミナ等からなる触媒担持体層が形成され、この触媒担体層に触媒成分が担持されることにより、排ガス浄化触媒とされ、内燃機関の排気経路に配置されることにより、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等（反応物質）を触媒反応で浄化させ、生成物質（Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２、Ｎ_２）として排出させる働きをする。

前記波板１１には波状に成形する前に予め所定間隔のもとに所定長さにて複数のスリット孔１１ａが形成される一方、前記平板１２にも所定間隔のもとに複数のスリット孔１２ａが形成されている。

即ち、金属製触媒担体１において、排気ガス浄化性能を向上させるためには、ハニカム通路（セル通路）内を通過する排気ガスに対し乱流を積極的に起こさせて、排気ガスが触媒に接触する機会をできるだけ増やすことが有効であり、このため、波板１１および平板１２にセル通路に対し直行する方向に長い多数のスリット孔１１ａ、１２ａを開けて波板１１と平板１２で仕切られたセル通路相互間の流通を可能とし、ハニカム通路内における排気ガスの流れを幅方向により多く乱流化させることにより、排気ガス浄化性能を向上させるようになっている。

また、スリット孔１１ａ、１２ａの開口縁部で形成されるリーディングエッジは、従来例の図６（イ）に示すように、セル通路内にできた境界層を途中で寸断し、エッジ先端では境界層１０３が薄くなって触媒層１０２への物質移動を活発化させ、その結果、図６（ロ）に示すように、反応物質移動率が各スリット孔１１ａ、１２ａ（１０４）のリーディングエッジ部において最も高くなり、従って、上述のように、多数のスリット孔１１ａ、１２ａを形成してリーディングエッジを増やすことにより、全体として触媒性能を向上させることができる。

次に、以上のように構成された金属製触媒担体１に触媒をコーティングする方法について説明する。
（ａ）スラリーの付着工程
まず、前記セル通路に触媒成分を混入したスラリーを通過させて波板１１と平板１２の表面スラリーを付着させた後、金属製触媒担体１の排気ガス流入側と流出側から交互にエアーを送り込んで、余分なスラリーを吹き払うことにより、波板１１と平板１２の表面全体に略均一にスラリーを付着させると共に、最後に、金属製触媒担体１を排気ガスの流入側となる方を下に向けた状態で所定時間維持させることにより、図３の排気ガス流れイメージ図に示すように、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる波板１１と平板１２の排気ガス流入側端縁部およびスリット孔１１ａ、１２ａにおける排気ガス流入側と対面する開口縁部のスラリーを他の部分より肉厚の断面略雫状に形成する。

（ｃ）乾燥工程
この乾燥工程は、以上のような形態でスラリーを付着させた金属製触媒担体１から水分等を除去する工程であり、自然乾燥または送風や加熱による強制乾燥が行われる。なお、送風による乾燥を行う場合は、排気ガス流出側から送風する。

（ｃ）焼成工程
この焼成工程は、金属製触媒担体１を焼成炉内で焼成することにより、波板１および平板１２の表面に付着させたスラリー中に含まれる触媒成分を焼き固める。

この実施例１の金属製触媒担体における触媒コーティング構造では、上述のように構成されるため、触媒反応促進効果の高いリーディングエッジ部を構成する波板１１と平板１２の排気ガス流入側端縁部およびスリット孔１１ａ、１２ａにおける排気ガス流入側と対面する開口縁部に触媒がより多く配置された状態となるため、全体としての触媒性能の向上を図ることができるようになるという効果が得られる。

また、この実施例１の金属製触媒担体における触媒コーティング方法では、上述のように、セル通路に触媒成分を混入したスラリーを通過させて波板１１と平板１２の表面にスラリーを付着させた後、金属製触媒担体１を排気ガスの流入側となる方を下に向けた状態で乾燥させることにより、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる波板１１と平板１２の排気ガス流入側端縁部およびスリット孔１１ａ、１２ａにおける排気ガス流入側と対面する開口縁部のスラリーを他の部分より肉厚の断面略雫状に形成するようにしたことで、触媒反応促進効果の高いリーディングエッジ部に容易により多くの触媒を配置させることができ、これにより、全体としての触媒性能の向上を図ることができるようになるという効果が得られる。

次に、他の実施例について説明する。この他の実施例の説明にあたっては、前記実施例１と同様の構成部分については図示を省略し、もしくは同一の符号を付けてその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

この実施例２の金属製触媒担体における触媒コーティング方法は、請求項３に記載の発明に対応する。
即ち、この実施例２は、前記セル通路に触媒成分を混入したスラリーを通過させて波板１１と平板１２の表面にスラリーを付着させた後、金属製触媒担体１の排気ガス流入側からエアーを吸引することにより、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる波板１１と平板１２の排気ガス流入側端縁部およびスリット孔１１ａ、１２ａにおける排気ガス流入側と対面する開口縁部のスラリーを他の部分より肉厚の断面略雫状に形成した状態で乾燥させるようにした点が前記実施例１とは相違したものである。
従って、この実施例２においても、触媒反応促進効果の高いリーディングエッジ部に容易により多くの触媒を配置させることができ、これにより、全体としての触媒性能の向上を図ることができるようになるという効果が得られる。

この実施例３の金属製触媒担体における触媒コーティング方法は、請求項４に記載の発明に対応する。
即ち、この実施例３は、前記セル通路に触媒成分を混入したスラリーを通過させて波板１１と平板１２の表面にスラリーを付着させた後、金属製触媒担体１の排気ガス流出側からエアーを送り込むことにより、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる波板１１と平板１２の排気ガス流入側端縁部およびスリット孔１１ａ、１２ａにおける排気ガス流入側と対面する開口縁部のスラリーを他の部分より肉厚の断面略雫状に形成した状態で乾燥させるようにしたことで、触媒反応促進効果の高いリーディングエッジ部に容易により多くの触媒を配置させることができ、これにより、全体としての触媒性能の向上を図ることができるようになるという効果が得られる。

以上本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例では、金属製触媒担体１として、波板１１と平板１２を交互に多重に巻回した構造のものを例にとったが、金属製触媒担体１の具体的構成は任意であり、例えば、平板状の波板１１と平板１２を交互に多重に重ねることにより、金属製触媒担体１を形成したものであってもよい。

実施例１の金属製触媒担体における触媒コーティング構造および金属製触媒担体における触媒コーティング方法が適用される金属製触媒担体を示す斜視図である。波板と平板を重ねて巻回する途中の状態を示す斜視図である。排気ガス流れイメージ図である。従来例の触媒反応プロセス説明図である。従来例の金属製触媒担体における排気ガス流れイメージ図である。境界層の破断状況（イ）および反応物資移動率（ロ）を示す説明図である。

符号の説明

１金属製触媒担体
１１波板（大波板）
１１ａスリット孔
１２平板（小波板または平板）
１２ａスリット孔

Claims

薄板の大波板と小波板または平板を交互に多重に重ねて該各大波板と小波板または平板との間に排気ガスが通過する多数のセル通路が形成され、前記大波板と小波板または平板のうち少なくともいずれか一方に複数のスリット孔が形成され、前記大波板と小波板または平板の表面に触媒成分を混入したスラリーがコーティングされた金属製触媒担体であって、
排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる前記大波板と小波板または平板の排気ガス流入側端縁部および前記スリット孔における排気ガス流入側と対面する開口縁部のスラリーが他の部分より肉厚の断面略雫状に形成されていることを特徴とする金属製触媒担体における触媒コーティング構造。
薄板の大波板と小波板または平板を交互に多重に重ねて該各大波板と小波板または平板との間に排気ガスが通過する多数のセル通路が形成され、前記大波板と小波板または平板のうち少なくともいずれか一方に複数のスリット孔が形成され、前記大波板と小波板または平板の表面に触媒成分を混入したスラリーをコーティングする金属製触媒担体における触媒コーティング方法であって、
前記セル通路に触媒成分を混入したスラリーを通過させて前記大波板と小波板または平板の表面にスラリーを付着させた後、前記金属製触媒担体を排気ガスの流入側となる方を下に向けた状態で乾燥させることにより、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる前記大波板と小波板または平板の排気ガス流入側端縁部および前記スリット孔における排気ガス流入側と対面する開口縁部のスラリーを他の部分より肉厚の断面略雫状に形成するようにしたことを特徴とする金属製触媒担体における触媒コーティング方法。
薄板の大波板と小波板または平板を交互に多重に重ねて該各大波板と小波板または平板との間に排気ガスが通過する多数のセル通路が形成され、前記大波板と小波板または平板のうち少なくともいずれか一方に複数のスリット孔が形成され、前記大波板と小波板または平板の表面に触媒成分を混入したスラリーをコーティングする金属製触媒担体における触媒コーティング方法であって、
前記セル通路に触媒成分を混入したスラリーを通過させて前記大波板と小波板または平板の表面にスラリーを付着させた後、前記金属製触媒担体の排気ガス流入側からエアーを吸引することにより、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる前記大波板と小波板または平板の排気ガス流入側端縁部および前記スリット孔における排気ガス流入側と対面する開口縁部のスラリーを他の部分より肉厚の断面略雫状に形成した状態で乾燥させるようにしたことを特徴とする金属製触媒担体における触媒コーティング方法。
薄板の大波板と小波板または平板を交互に多重に重ねて該各大波板と小波板または平板との間に排気ガスが通過する多数のセル通路が形成され、前記大波板と小波板または平板のうち少なくともいずれか一方に複数のスリット孔が形成され、前記大波板と小波板または平板の表面に触媒成分を混入したスラリーをコーティングする金属製触媒担体における触媒コーティング方法であって、
前記セル通路に触媒成分を混入したスラリーを通過させて前記大波板と小波板または平板の表面にスラリーを付着させた後、前記金属製触媒担体の排気ガス流出側からエアーを送り込むことにより、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる前記大波板と小波板または平板の排気ガス流入側端縁部および前記スリット孔における排気ガス流入側と対面する開口縁部のスラリーを他の部分より肉厚の断面略雫状に形成した状態で乾燥させるようにしたことを特徴とする金属製触媒担体における触媒コーティング方法。